TW201519754A - 具有隔離對流散熱鰭片之多層散熱件總成 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種兩個或兩個以上散熱件總成，其附接至一緊密電子裝置中之一印刷電路板。該等散熱件包括有助於透過通風孔使熱自包體對流之散熱鰭片。該印刷電路板藉由該等散熱件自外殼屏蔽。

Description

具有隔離對流散熱鰭片之多層散熱件總成 [相關申請案之交叉參考]

本申請案主張2013年8月16日申請之美國臨時專利申請案第61/866,776號及2014年5月15日申請之美國臨時專利申請案第61/993,601號之權利，該等案之全文以引用的方式併入本文中。

本發明大體上係關於電子器件且更特定言之係關於一種用於一電子器件之散熱器附接裝置及方法。

管理緊密電子包體中之熱係困難的，因為來自顧客之美學及效能要求引起包體形狀配合於電子組件，使得極少空間用於自然對流以消散熱。通常，產生最大量之熱之積體電路(IC)定位於電子包體之中心且許多顧客反對包體中印刷電路板(PCB)正上方之通風開口。此引起熱截留在包體中且可損壞敏感組件。又，包體之外表面可超過顧客觸摸可接受的溫度限制。

存在用於管理熱之許多方法。一些方法涉及採用複數個通風開口且在包體中提供有益於排放熱之足夠空間。然而，許多顧客反對較大包體大小及過多開口。在緊密電子包體中通常使用散熱件以散熱至包體之壁中，但是其等之熱消散係有限的。在較大包體中已使用容許空氣透過通風孔移動之鰭片式散熱器。在具有鰭片式散熱器之系統 中，必須存在足夠空間以供空氣循環，且因而，此需求通常引起對較大包體之需要。風扇及鼓風機被廣泛地使用，但是其等產生使很多顧客反感的噪聲音。已使用流體填充之熱管以將熱從包體之中心傳遞，但是此一方法係昂貴的。

在多數典型的機上盒中，PCB總成具有安裝於PCB之一側上之組件及連接器，其中存在使包體形狀配合於該等組件之美學動機。此通常將包體之一側放置成接近PCB且將另一側放置成相對遠離PCB。此使得能夠透過傳導在一些方向上汲取熱且在其他方向上自包體屏蔽輻射變得有用；然而，此引起機上盒需具有額外高度。

因此應認知，進一步需要實施機上盒設計，其等有效消除熱且係緊密、安靜且具成本效率的。

提供一種電子器件10，其包括：一印刷電路板4；一第一散熱件1，其具有一第一板部分30及沿著該第一板部分30之兩側之第一散熱鰭片8T，該第一板部分處於該印刷電路板上方；一第二散熱件3，其具有一第二板部分31及沿著該第二板部分之兩側之第二散熱鰭片8B，該第二板部分處於該印刷電路板下方。該電子器件可包含一智慧卡總成5，其中該等散熱件之一者具有對應板部分中之一切口部分且該智慧卡總成定位於該切口部分中。該電子器件可進一步包含具有一第三板部分之一第三散熱件1a，該第三散熱件1a具有沿著該第三板部分之一側之額外散熱鰭片8TT，其中該第三板部分定位於該切口部分中。該電子器件可進一步包含外側16且該等外側之至少一者可具有定位成鄰近於該等散熱鰭片之至少一者之至少一通風孔15。

此外，提供一種電子器件10，其包括：一印刷電路板4；一第一散熱件1，其具有一第一板部分30及沿著該第一板部分之兩側之第一散熱鰭片8T，該第一板部分30處於該印刷電路板上方；一第二散熱件 3，其具有一第二板部分31及沿著該第二板部分之兩側之第二散熱鰭片8B，該第二板部分處於該印刷電路板下方；及一第三散熱件1a，其具有定位於該第一板部分中之一切口部分中之一第三板部分。該電子器件可進一步包含沿著該第三板部分之一側之額外散熱鰭片8TT。

在本發明之實施例中，該等第一散熱鰭片及/或第二散熱鰭片可垂直定向且彼此平行。運用此一定向，複數個第一散熱鰭片及第二散熱鰭片可沿著該第一板部分及該第二板部分之兩側彼此交替。

在實施例中，該電子器件可具有複數個垂直外側16，該等垂直外側16具有定位成鄰近於該等散熱近鰭片之至少一通風孔15，其中該等通風孔垂直於該等散熱鰭片。此等實施例可包含該電子器件之一頂部29及底部2，其中兩個相對外垂直側以及頂部及底部鄰近該等相對外垂直側之邊緣部分具有複數個通風孔15，該等通風孔15經定位鄰近於該等散熱鰭片使得該等通風孔垂直於該等散熱鰭片而定向。此外，該底部2可具有介於第一通風孔之間之第二通風孔17，其中該等第一通風孔15可為長形且可垂直於該等散熱鰭片，且該等第二通風孔可為長形且可平行於該等散熱鰭片。

1‧‧‧第一散热件/頂部散熱器/頂側散熱件

1a‧‧‧第三散熱件/小型頂部散熱器/頂側智慧卡散熱件

2‧‧‧底部/基座框架/基座

3‧‧‧第二散熱件/底部散热器/底側散熱件

4‧‧‧印刷電路板

5‧‧‧智慧卡/智慧卡總成

5A‧‧‧智慧卡

6‧‧‧後壁

7‧‧‧面板插口

8B‧‧‧第二散熱鰭片

8T‧‧‧第一散熱鰭片

8TT‧‧‧散熱鰭片/端部散熱鰭片

9‧‧‧中心凹入部

9a‧‧‧凹入部

10‧‧‧電子器件

11‧‧‧支腳

12‧‧‧螺釘凹入部

13‧‧‧螺釘總成接觸件

14‧‧‧通孔

15‧‧‧通風孔

16‧‧‧外側/側

17‧‧‧通風孔/通風孔狹槽/第二通風孔

18‧‧‧智慧卡灣

19‧‧‧熱接觸墊/熱墊

29‧‧‧頂部

30‧‧‧第一板部分

31‧‧‧第二板部分

32‧‧‧小型頂部散熱器平面周邊部分/第三板部分

本發明將參考實施例參照隨附圖式更詳細地進行解釋，其中：圖1係根據本發明之機上盒10之內部俯視前透視圖；圖2係根據本發明之機上盒10之內部仰視前透視圖；圖3係根據本發明之機上盒10之內部俯視平面圖；圖4係根據本發明之機上盒10之內部仰視平面圖；圖5A係根據本發明之內部俯視平面圖且圖5B係根據本發明之內部截面圖；圖6係根據本發明之機上盒10之內部俯視前透視圖；圖7係根據本發明之機上盒10之內部仰視前透視圖； 圖8係無機上盒之底部或基座框架2之內部實體仰視平面圖；圖9係根據本發明之機上盒之前透視圖；及圖10係根據本發明之機上盒之仰視平面圖。

實施例大體上包含附接至一緊密電子包體中之一PCB之兩個或兩個以上散熱件之一總成，其中較佳針對散熱件選擇具有較高傳導性之材料，諸如鋁。

根據需要，對於散熱件所附接之特定組件，可採用導熱彈性墊。

現將更詳細描述本發明，其中在隨附圖式中繪示本發明之實施例。應注意，貫穿本說明書可互換地使用散熱件及散熱器之表達且本發明之實施例可採用散熱件及/或散熱器。散熱件係理解為藉由熱傳導自熱組件提取熱且接著允許釋放熱及/或以擴散方式藉由對流及輻射散熱之一結構。散熱器係理解為具有足夠質量之一結構，該結構亦藉由熱傳導自熱組件提取熱，使得散熱器自熱組件有效地吸收熱。

圖1係根據本發明之具有諸如機上盒或類似物之電子器件10之一些透通特徵之一俯視前透視圖。移除頂部、前側、左側及右側以更清楚地展示內部特徵。電子裝置10包含：一印刷電路板4；一第一散熱件1，其具有一第一板部分30及沿著該第一板部分之兩側或邊緣之第一散熱鰭片8T，其中該第一板部分30處於該印刷電路板上方；一第二散熱件3，其具有一第二板部分31及沿著該第二板部分之兩側或邊緣之第二散熱鰭片8B，其中該第二板部分處於該印刷電路板下方。在此實施例以及其他實施例中，螺釘可透過散熱件中之浮凸及PCB中之孔來驅動。螺紋可驅動至散熱件浮凸中或包體中之塑膠凸部。在特定的位置，取決於所需的熱傳導，可將僅一散熱件或其他散熱件之組合附接至PCB。

圖2係根據本發明之具有機上盒10或類似物之一些透通特徵之仰視前透視圖。移除頂部、前側、左側及右側以更清楚地展示內部特徵。在此視圖中，展示一主要熱產生組件(智慧卡/智慧卡總成5)。此處，散熱件3之一者具有對應板部分31中之一切口部分且智慧卡總成5定位於該切口部分中。

圖3係器件10之俯視內部平面圖，其展示頂部散熱器1及散熱鰭片8T如何連接。此圖進一步展示連接至底部散熱器3之散熱鰭片8B且展示散熱鰭片8B如何可介於散熱鰭片8T之間。電子器件可包含具有後壁6上之連接器之一面板插口7。頂部散熱器1亦可包含用以容納諸如智慧卡總成之組件之一切口部分。

圖4係仰視內部平面圖，其展示底部散熱器3及散熱鰭片8B如何連接。

圖5A展示俯視內部平面圖且圖5B展示機上盒之內部截面圖。此等圖展示頂部散熱器1可以其中來自一主要熱產生組件(諸如一智慧卡總成5)之熱可至少部分獨立於由其他組件產生之熱加以提取之一方式進行分段。如所示，智慧卡總成區域可具有一小型頂部散熱器1a，其中表達「小型」暗示比頂部散熱器小之一散熱器或暗示專用於一特定內部組件之一散熱器。此等圖展示接觸PCB 4或其上之一熱接觸墊19以自PCB提取熱之頂部散熱器1之中心凹入部9。同樣地，此等圖展示小型頂部散熱器1之一凹入部9a，該凹入部9a自小型頂部散熱器1a之小型平面部分32向下延伸。凹入部9a接觸智慧卡總成5或類似物以將熱傳遞至圍繞凹入部9a或凹入部之部分之小型頂部散熱器平面周邊部分32。凹入部9a在其如何將熱傳遞至圍繞凹入部9之平面周邊部分(第一板部分30)方面類似於凹入部9而運作。圖5B亦展示機上盒上之支腳11，其容許從機上盒之底部移除熱。該支腳亦容許發生透過對流之空氣循環。此等圖展示螺釘凹入部12中之螺釘如何可將頂部散熱器1固 持至PCB 4或底部2及中心凹入部如何可接觸PCB 4。本發明之較佳實施例之一些尺寸為：底部2與底部散熱器3之間的間隙等於3mm；底部散熱器3之厚度等於2mm；電子器件之頂部至底部之尺寸等於38mm；電路板尺寸等於215mm×150mm；及底部散熱器3與電路板之間的間隙等於6mm。

圖6係根據本發明之機上盒10或類似物之俯視前透視圖。此處，散熱鰭片8B連接至底部散熱器3且散熱鰭片8T連接至頂部散熱器1。在一側上，藉由使散熱鰭片8B及8T交替有效地提取熱。該等散熱鰭片之間的間隔大體上係使得其促進空氣之對流且即，促進加熱之空氣自該等散熱鰭片附近的通風孔對流。該等散熱鰭片將藉由遠離機上盒之中心部分之熱傳導而自散熱器提取熱。在機上盒之一側上，散熱鰭片8B及8T可交替。在一些情況中，交替可不是必需的。又，小型頂部散熱器1a可具有端部散熱鰭片8TT。應提及的是，較佳使散熱鰭片垂直定向且彼此平行。

圖7係無機上盒之底部或基座框架2之仰視前透視圖。此圖展示底部散熱器3之一可能圖案。此處，底部散熱器之一周邊平面部分圍繞如所示之智慧卡/智慧卡總成5，該智慧卡/智慧卡總成5可包含可附接至PCB 4之一智慧卡5A及一智慧卡讀取器5B。底部散熱器之功能係藉由將熱傳遞至機上盒10之底部而自電路板進一步提取熱以進一步允許熱自機上盒之中心部分更均勻地擴散並自機上盒消散且遠離機上盒。

圖8係無機上盒之底部或基座框架2之實體仰視平面圖。螺釘總成接觸件13(其等定位於底部散熱器中)被提供以助於底部散熱器自電路板及/或其上之熱產生組件進一步提取熱。此等螺釘總成接觸件13 藉由螺釘、螺栓或類似物促成頂部散熱器、PCB與底部散熱器之間之連接。此等螺釘總成接觸件13可散佈在周邊周圍以增強熱自中心之遷移。透過此等螺釘總成接觸件，頂部散熱器、PCB及底部散熱器可機械及熱連接至基座2。請注意，所有或任一熱接觸點可採用熱墊19。 機上盒亦可具有通過內部組件之任一者以提供(透過螺釘、螺栓、鉚釘、夾具或類似物)將內部組件之任一者機械支撐至其他內部組件或基座2之機會之額外通孔14。

圖9係組裝有頂部29、前部17、側16之機上盒或類似物之前透視圖。在此圖中，展示長形通風孔15，其等可水平定向於機上盒之頂部29之邊緣處、側16上及底部2之邊緣處。概念係使通風孔位於散熱鰭片之附近以處於散熱鰭片上方、散熱鰭片之側上及散熱鰭片下方。散熱鰭片之平面可垂直於長形通風孔(其等係狹槽)。該圖進一步展示一側16可包含接納及固持一智慧卡之一智慧卡灣(smartcard bay)18。

圖10係機上盒之仰視平面圖，其展示機上盒可進一步包含額外通風孔狹槽17，其等可彼此平行且垂直於通風孔15。額外通風孔狹槽17定位於通風孔15之間及印刷電路板下方。

器件之一些主要特徵可包含：具有附接至PCB上之主積體電路(IC)之一頂側散熱件1，其中該主IC可為主要熱產生器；該頂側散熱件1附接至PCB之一區域，其中智慧卡總成接觸件經定位使得該等接觸件可處於一熱敏區域中；及一底側散熱件3僅在外側附接至PCB。

在一些實施例中，頂側散熱件1在印刷電路板上方具有更多空間，因為連接器處在PCB之頂側上。因此，可採用最大數目或必要數目個浮凸以將頂部散熱件附接至PCB以汲取儘可能多的熱至散熱件中。

在一些實施例中，頂側智慧卡散熱件1a最低程度地附接至PCB，其中僅一螺釘浮凸及一浮凸經由一熱墊結合至PCB。

通常，底側散熱件在PCB下方未具有很多空間，所以在一些實施例中，此散熱件之中心未具有至PCB之任何浮凸。

底部散熱件亦可用作為包體之底部之輻射屏蔽。輻射藉由散熱件吸收且熱經四處傳導以防止包體之底部上之熱點。在熱較少集中之PCB之側或周邊上，在底部散熱件3上可存在至PCB之一些浮凸。

實施例之一重要特徵在於，所有散熱件可具有形成於諸側上懸垂於PCB之一系列垂直散熱鰭片。因為許多顧客偏好或要求PCB正上方無通風孔開口，所以此等散熱鰭片係在PCB之外側且相關聯通風孔15亦在PCB水平輪廓之外側。通風孔15可處在包體之底部、頂部及側中該等外側區域中。此容許冷卻空氣自底部進入且歸因於自然對流而容許透過頂部排放經加熱空氣。

已對根據所揭示實施例之機上盒執行熱有限元素分析(FEA)模擬。該等模擬已展示根據本發明之熱管理系統有效地消散熱。特定言之，產生至多18瓦特之電力之機上盒已能夠使用所揭示的熱管理系統安全地容許器件達到且保持在一有利穩定狀態。特定言之，散熱器/散熱件是有效的且有助於達成並產生有利穩定狀態條件，其中(1)電路板上之熱點係在熱墊下方且為約71.0℃，(2)頂部散熱器之熱點係在其中心且為約66.1℃，其中頂部散熱器之中心接觸電路板及/或其之熱墊，及(3)頂部散熱器之散熱鰭片達到且保持在大約59℃之溫度。在此等穩定狀態溫度值下，熱透過通風孔15經由散熱鰭片8有效地移除。

本發明可包含附接至頂部散熱器及底部散熱器沿著機上盒之短邊之整個長度交替之散熱鰭片之特徵。可在一側或兩側上採用此一組態。

儘管已參考隨附圖式在本文中描述闡釋性實施例，然應瞭解本發明原理並不限於該等精確實施例，且一般技術者可在不脫離本發明 原理之範疇或精神之情況下實現各種改變及修改。所有此等改變及修改旨在包含於如隨附申請專利範圍中闡述之本發明原理之範疇內。

1‧‧‧第一散熱件/頂部散熱器/頂側散熱件

2‧‧‧底部/基座框架/基座

3‧‧‧第二散熱件/底部散熱器/底側散熱件

4‧‧‧印刷電路板

8B‧‧‧第二散熱鰭片

8T‧‧‧第一散熱鰭片

10‧‧‧電子器件

30‧‧‧第一板部分

Claims (15)

1. 一種電子器件(10)，其包括：一印刷電路板(4)；一第一散熱件(1)，其具有一第一板部分(30)及沿著該第一板部分之兩側之第一散熱鰭片(8T)，該第一板部分處於該印刷電路板上方；一第二散熱件(3)，其具有一第二板部分(31)及沿著該第二板部分之兩側之第二散熱鰭片(8B)，該第二板部分處於該印刷電路板下方。
2. 如請求項1之電子器件，其進一步包括一智慧卡總成(5)，其中該等散熱件之一者具有該對應板部分中之一切口部分以容置該智慧卡總成。
3. 如請求項2之電子器件，其進一步包括具有一第三板部分(32)之第三散熱件(1a)，該第三散熱件(1a)具有沿著該第三板部分之一側之額外散熱鰭片(8TT)，其中該第三板部分定位於該切口部分中。
4. 如請求項1之電子器件，其中該第一散熱件具有該第一板部分中之一切口部分且具有一第三板部分之一第三散熱件(1a)定位於該切口部分中。
5. 如請求項4之電子器件，其進一步包括沿著該第三板部分之一側之額外散熱鰭片(8TT)。
6. 如請求項1之電子器件，其進一步包括外側(16)且該等外側之至少一者具有定位成鄰近於該等散熱鰭片之至少一者之至少一通風孔(15)。
7. 如請求項1之電子器件，其中該等第一散熱鰭片垂直定向且彼此 平行。
8. 如請求項1之電子器件，其中該等第二散熱鰭片垂直定向且彼此平行。
9. 如請求項1之電子器件，其中該等第一及第二散熱鰭片垂直定向且彼此平行。
10. 如請求項1之電子器件，其中複數個該等第一及第二散熱鰭片沿著該等第一及第二板部分之兩側彼此交替。
11. 如請求項9之電子器件，其進一步包括具有定位成鄰近於該等散熱鰭片之至少一通風孔(15)之複數個該等外側(16)，其中該等通風孔垂直於該等散熱鰭片而定向。
12. 如請求項9之電子器件，其進一步包括複數個該等外垂直側(16)、一頂部(29)及底部(2)，其中該等外垂直側之兩者及該頂部及該底部之邊緣部分具有定位成鄰近於該等散熱鰭片之複數個通風孔(15)，其中該等通風孔垂直於該等散熱鰭片。
13. 如請求項9之電子器件，其進一步包括：一底部(2)，其具有鄰近於該等散熱鰭片定位在該底部之相對邊緣處之第一通風孔(15)；及第二通風孔(17)，其等介於該等第一通風孔之間。
14. 如請求項14之電子器件，其中該等第一通風孔(15)係長形的且垂直於該等散熱鰭片且該等第二通風孔係長形的且平行於該等散熱鰭片。
15. 如請求項14之電子器件，其中該等第一通風孔(15)鄰近於該等散熱鰭片定位在該底部之相對邊緣處且第二通風孔(17)介於該等第一通風孔之間。